你知道什么是行星吗？恒星和行星有什么区别？

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在过去的25年里，天文学家们在太阳系之外发现了3700多个世界。他们怎么找到它们的？

系外行星天文学家的图像已经发现了3700多颗系外行星，或太阳系外的行星，包括600多个多行星系统，另有近5000个候选行星等待确认。被发现这些的这些系外行星包括与木星相似的大行星、较小的地球大小的行星，甚至还有7颗密度与地球、金星和火星相似的岩石行星。

许多这些发现都归功于美国宇航局的开普勒任务及其继任者K2，该项目使用专用的天基望远镜测量我们的星系附近一些小型的和地球大小类似的行星。美国宇航局的下一个主要的系外行星狩猎工作，称为TESS，简称过境系外行星测量卫星，将调查地球附近的20多万颗恒星，并有望发现数千个新世界。TESS于2018年4月发射并使用SpaceX猎鹰9号火箭。

那么，天文学家是如何发现系外行星的，我们实际上对太阳系外的这些世界又了解多少？

过境系外行星

开普勒和TESS天基飞行任务所使用的方法，以及发现最外行星的方法，是利用系外行星探测的过境方法。据说当一颗行星经过我们和一颗恒星之间时，这颗行星正在过境。在我们自己的太阳系中，当水星和金星的轨道将水星和金星带到地球和太阳之间时，我们就能看到它们的过境。

尽管行星相对于恒星而言是小的，但当行星的路径穿过我们对于主恒星的视野时，行星会阻挡来自该恒星的少量光。当行星位于恒星前面时，天文学家可以测量来自恒星的光的亮度的下降值，以及观测亮度下降的时间长度。知道了恒星的质量，在开普勒行星运动第三定律的一点帮助下，这两个测量值可以告诉你行星离它的主星有多远。根据行星轨道的大小从而估计那里的温度是否适合液态水，这是适合生命生存的关键。如果天文学家对主星的大小有估计，他们也可以推断出行星本身的大小。

图解：利用凌日法侦测系外行星，下方的线图代表不同时间地球所接收到的光量。

由于我们事先不知道哪些恒星周围有行星，以及哪些恒星有完美的对齐，所以这些行星将通过我们和它们的主恒星之间，因为他们的轨道，我们也不能预测这些过境什么时候会发生，使用过境方法发现系外行星需要对数十万颗恒星进行连续监测。因此，美国宇航局已经投资了专门的太空望远镜，如TESS和开普勒，他们致力于这种监测。

径向速度方法

尽管由于这些行星探测空间任务，寻找系外行星的过境方法现在更为普遍，但系外行星探测的第一次激增实际上是使用一种称为径向速度或多普勒方法的不同技术。为了理解这种方法，我们首先必须了解一些关于行星轨道。我们认为行星是围绕其主恒星运行的，但实际上恒星和行星一起围绕它们共同的质量中心运行。当你有两个质量相等的轨道物体时，它们的质量中心将位于它们之间的中点，因此它们看起来会围绕一个中心点在轨道上相互追逐。然而，恒星的质量比行星大得多，所以这个系统的质量中心离主恒星更近。这种不平衡导致行星的轨道变大，只有一颗微小的摆动在主恒星的位置。虽然很小，但这种摆动仍然是可以测量的。

图解：太阳系的质量中心运动相对于太阳的位置。

天文学家通过寻找发射线的多普勒偏移来监测恒星的位置，指示相对于我们（观众）的向前或向后运动。在600-700颗系外行星之间已经以这种方式被发现，它仍然是从地面观测站使用最简单的技术。然而，行星越大，行星离主恒星越近，其引力对主恒星的影响就越大，即恒星的摆动越大。因此，多普勒方法更适合于寻找非常接近其主恒星的巨大行星，这种行星因此被昵称为"热木星"。

系外行星的直接成像

你可能想知道为什么天文学家使用这些间接的方法来寻找系外行星，而不是直接拍摄它们的照片。好吧，这是由于行星本身是不能发出自己的（光学）光，而只能反射来自它主星的光，而且它们比主恒星小得多，所以寻找行星的光就像是试图挑出一只悬挂在搜索灯旁边的萤火虫，还是从千里之外寻找。

图解：艺术家印象下的脉冲星PSR 1257+12的行星系统。

然而，现在天文学家们知道有数千颗系外行星等待被发现，他们正在开发一种新技术，通过以某种方式遮蔽主恒星的光来实现直接成像。这种阻挡可以在光线进入望远镜之前或之后进行。直接成像方法仍处于起步阶段，但它已经显示出了大好的前景，使用这种方法已经发现了大约40颗系外行星。直接图像有可能告诉我们更多关于行星的信息，包括关于行星的大气层和组成的信息，而不是我们可以从更多的间接方法中学到的，因此它是系外行星研究的一个重要领域。

系外行星的驱动力是，我们渴望了解我们生存的一小个角落是多么常见或独特，最终证实我们在宇宙中是否是独一无二。

系外行星检测方法

还有其他一些寻找系外行星的方法，尽管不太常见，包括引力微透镜。爱因斯坦的广义相对论告诉我们，穿过引力场的光线会围绕产生该场的巨量物体弯曲，这种效应称为透镜效应，或者在行星等质量极低的物体（如行星、微透镜）的情况下。因此，当行星在我们和遥远恒星之间经过时，有可能看到远处恒星围绕行星弯曲的光。在这个过程中，恒星的光也会被放大，因此观察恒星亮度的这个短暂峰值不仅会显示一个物体在恒星前面经过，还会显示这个移动物体的质量。不幸的是，这些微透镜事件通常不会重复，因此不容易验证。

发现的第一颗系外行星是由一种完全不同的技术——脉冲星计时——发现的。脉冲星，或快速旋转的中子星，发射光束发射，类似于灯塔上的搜索灯，在旋转的时间上非常精确。事实上，它们是如此的精确和可预测，以至于即使轨道行星的引力影响所产生的微小的摆动，也会在通过频闪光的时间上引起足够大的变化，以便天文学家进行探测。虽然第一颗系外行星是使用这种技术发现的，但脉冲星周围的恶劣条件意味着这些行星不适合像我们这样的生命。

图解：艺术家概念下环绕着织女星周围的两颗冥王星大小的矮行星碰撞。

寻找系外行星的驱动力是，我们渴望了解我们生存的一小个角落是多么常见或独特，最终如果我们在宇宙中独一无二。天文学家已经使用这些现有的技术来识别系外行星，并可以通过确定行星的大小以及行星是否位于恒星的可居住区来比较这些行星和我们的地球。然而，他们需要更多的信息来确定行星的可居住性。例如，在地球上，如果没有我们的大气层，我们就无法生存，我们了解系外行星周围大气层的努力才刚刚开始。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. quickanddirtytips-阿雨

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